JP2013536561A - Sputtering target supply system - Google Patents

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Abstract

【解決手段】 装置は、アークチャンバ（２０３）を画定しているアークチャンバ筐体（２０４）と、スパッタリングターゲット（２１２）をアークチャンバ内に供給する供給システム（２１０）とを備える。方法は、アークチャンバ筐体によって画定されたアークチャンバ内にスパッタリングターゲットを供給する段階と、スパッタリングターゲットの一部分をイオン化する段階とを備える。
【選択図】 図２The apparatus includes an arc chamber housing (204) defining an arc chamber (203) and a supply system (210) for supplying a sputtering target (212) into the arc chamber. The method comprises supplying a sputtering target into an arc chamber defined by the arc chamber housing and ionizing a portion of the sputtering target.
[Selection] Figure 2

Description

本開示は、概してスパッタリングターゲットに関し、具体的にはスパッタリングターゲット用の供給システムに関する。   The present disclosure relates generally to sputtering targets, and specifically to a delivery system for sputtering targets.

スパッタリングターゲットは、スパッタリング用にアークチャンバ内に配置され得る固体材料である。スパッタリングとは、エネルギーを持った粒子がスパッタリングターゲットに衝突して、スパッタリングターゲットからその粒子を剥がす処理である。スパッタリングターゲットは、さまざまな部品およびツールで利用されるとともに、さまざまな目的のために利用され得る。このような構成要素の１つとして、ビームラインイオン注入ツールで利用されるイオン源が挙げられる。スパッタリングターゲットを利用する他のツールとして、これらに限定されるものではないが、物理気相成長（ＰＶＤ）ツールまたは化学気相成成長（ＣＶＤ）ツール等の成膜ツールがある。   A sputtering target is a solid material that can be placed in an arc chamber for sputtering. Sputtering is a process in which energetic particles collide with a sputtering target and the particles are removed from the sputtering target. Sputtering targets are utilized in a variety of parts and tools and can be utilized for a variety of purposes. One such component is an ion source utilized in a beamline ion implantation tool. Other tools that utilize sputtering targets include, but are not limited to, deposition tools such as physical vapor deposition (PVD) tools or chemical vapor deposition (CVD) tools.

ビームラインイオン注入装置用のイオン源は、アークチャンバを画定しているアークチャンバ筐体を備える。アークチャンバ筐体はさらに、良好に画定されたイオンビームを引き出す引出口を持つ。イオンビームは、ビームラインイオン注入装置のビームラインを通過して、被処理物に供給される。イオン源は、多岐にわたるイオン種について、安定し、良好に画定され、均一なイオンビームを生成することが必要となる。また、メンテナンスまたは修理を必要とすることなく長期間にわたって製造設備でイオン源を動作させることが望ましい。   An ion source for a beamline ion implanter includes an arc chamber housing that defines an arc chamber. The arc chamber housing further has an outlet that draws a well-defined ion beam. The ion beam passes through the beam line of the beam line ion implantation apparatus and is supplied to the object to be processed. An ion source is required to produce a stable, well-defined and uniform ion beam for a wide variety of ion species. It is also desirable to operate the ion source in a manufacturing facility for a long period of time without requiring maintenance or repair.

スパッタリングターゲットを備える従来のイオン源では、固体材料であるスパッタリングターゲット全体が、イオン源のアークチャンバ内に配置されている。動作について説明すると、スパッタリングガスがアークチャンバに供給されるとしてよい。スパッタリングガスは、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）またはクリプトン（Ｋｒ）等の不活性ガス、または、塩素（Ｃｌ）、ＢＦ３等の反応性ガスであってよい。スパッタリングガスは、アークチャンバにおいて、電子源から放出される電子によってイオン化され、プラズマを形成するとしてよい.電子は、フィラメント、カソード、または、任意のその他の電子源によって供給されるとしてよい。この後、プラズマは、スパッタリングターゲットから材料をスパッタリングエッチングする。当該材料は、プラズマにおいて電子によってイオン化される。イオンはこの後、引出口から引き出されて、良好に画定されたイオンビームを形成する。 In a conventional ion source with a sputtering target, the entire sputtering target, which is a solid material, is placed in the arc chamber of the ion source. In operation, sputtering gas may be supplied to the arc chamber. The sputtering gas may be an inert gas such as argon (Ar), xenon (Xe) or krypton (Kr), or a reactive gas such as chlorine (Cl) or BF 3 . The sputtering gas may be ionized by the electrons emitted from the electron source in the arc chamber to form a plasma. The electrons may be supplied by a filament, a cathode, or any other electron source. After this, plasma sputter etches material from the sputtering target. The material is ionized by electrons in the plasma. The ions are then withdrawn from the outlet and form a well-defined ion beam.

問題点の１つとして、イオン源またはその他のツールの動作寿命が、全体がアークチャンバ内に配置されるスパッタリングターゲット材料の量によって制限される点が挙げられる。アークチャンバは、サイズが有限であり、アークチャンバ内に収まるスパッタリングターゲット材料の量には、必ず限りがある。他にも、スパッタリングターゲットは固定されており、摩耗パターンによってスパッタリングターゲットの交換が必要なタイミングが決まるという問題点がある。このように、固定スパッタリングターゲットは、完全に消費される前に交換される傾向にある。さらに、ビームラインイオン注入装置用のイオン源に関して、従来のスパッタリングターゲットを利用するイオン源は、別の非スパッタリング動作モードでは動作させることができないので、動作モードおよびビーム種が制限されることも問題点として挙げられる。   One problem is that the operational life of the ion source or other tool is limited by the amount of sputtering target material that is placed entirely in the arc chamber. The arc chamber is finite in size and the amount of sputtering target material that can fit within the arc chamber is necessarily limited. In addition, the sputtering target is fixed, and there is a problem that the timing at which the sputtering target needs to be replaced is determined by the wear pattern. Thus, the fixed sputtering target tends to be replaced before it is completely consumed. Furthermore, regarding ion sources for beamline ion implanters, ion sources that utilize conventional sputtering targets cannot be operated in another non-sputtering mode of operation, which also limits the operating mode and beam type. It is mentioned as a point.

したがって、上述した欠点および短所を克服した供給システムを提供することが望ましい。   Accordingly, it is desirable to provide a delivery system that overcomes the disadvantages and disadvantages described above.

本開示の第１の側面によると、装置が提供される。当該装置は、アークチャンバを画定しているアークチャンバ筐体と、アークチャンバにスパッタリングターゲットを供給する供給システムとを備える。   According to a first aspect of the present disclosure, an apparatus is provided. The apparatus includes an arc chamber housing defining an arc chamber and a supply system for supplying a sputtering target to the arc chamber.

本開示の別の側面によると、方法が提供される。当該方法は、アークチャンバ筐体によって画定されているアークチャンバにスパッタリングターゲットを供給する段階と、スパッタリングターゲットの一部をエッチングする段階とを備える。   According to another aspect of the present disclosure, a method is provided. The method includes supplying a sputtering target to an arc chamber defined by an arc chamber housing and etching a portion of the sputtering target.

添付図面に図示されている実施形態例を参照しつつ、より詳細に本開示を説明する。本開示は実施形態例を参照しつつ後述するが、本開示はこれに限定されないと理解されたい。当業者であれば、本明細書の教示内容を参照することで、さらなる実施例、変形例及び実施形態を認めるであろうし、他の利用分野にも想到するであろう。こういった実施例、変形例および実施形態は、本明細書で説明する本開示の範囲に含まれるものであり、本開示に大きな有用性を付与するものである。   The present disclosure will be described in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings. Although the present disclosure will be described later with reference to exemplary embodiments, it should be understood that the present disclosure is not limited thereto. Those skilled in the art will recognize additional examples, variations, and embodiments with reference to the teachings herein, and will envision other fields of use. Such examples, modifications, and embodiments are included in the scope of the present disclosure described in the present specification, and give great utility to the present disclosure.

本開示をより深く理解していただくべく、添付図面を参照する。添付図面では、同様の構成要素には同様の参照番号を付与する。添付図面は以下の通りである。
イオン注入装置を示す簡略化された概略ブロック図である。 本開示の実施形態に係るイオン源を示す図である。 供給レートと浸食レートとの関係を示す図である。 図２のイオン源を示す断面端面図であり、図２のカソードを示す図である。 図２のイオン源筐体の後方壁を示す端面図である。 本開示の実施形態にかかるイオン源の別の実施形態を示す断面平面図である。 図６のライン７−７に沿った、図６の後方壁を示す端面図である。 For a better understanding of the present disclosure, reference is made to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, similar reference numerals are assigned to similar components. The attached drawings are as follows.
It is the simplified schematic block diagram which shows an ion implantation apparatus. It is a figure showing an ion source concerning an embodiment of this indication. It is a figure which shows the relationship between a supply rate and an erosion rate. FIG. 3 is a cross-sectional end view showing the ion source of FIG. 2 and showing the cathode of FIG. 2. FIG. 3 is an end view showing a rear wall of the ion source housing of FIG. 2. It is a cross-sectional top view which shows another embodiment of the ion source concerning embodiment of this indication. FIG. 7 is an end view of the rear wall of FIG. 6 taken along line 7-7 of FIG.

本明細書では、本開示に係る供給システムがビームラインイオン注入装置１００のイオン源で利用される場合について、詳細に説明する。当業者であれば、本開示に係る供給システムは、任意の環境において、これらに限定されるものではないが、物理気相成長（ＰＶＤ）ツールまたは化学気相成長（ＣＶＤ）ツール等の成膜ツールを含む任意の目的のために、実施され得るという利点があることを認めるであろう。   In this specification, the case where the supply system according to the present disclosure is used in the ion source of the beam line ion implantation apparatus 100 will be described in detail. Those skilled in the art will appreciate that the delivery system according to the present disclosure is not limited to these in any environment, but is a film deposition such as a physical vapor deposition (PVD) tool or a chemical vapor deposition (CVD) tool. It will be appreciated that there are advantages that can be implemented for any purpose, including tools.

図１を参照すると、イオン注入装置１００を示す簡略化された概略ブロック図が図示されている。イオン注入装置１００は、本開示の実施形態に係るイオン源１０２と、ビームライン素子１０４と、１以上の被処理物、例えば、被処理物１１０を支持するエンドステーション１０６とを備える。イオン源１０２は、ビームライン素子１０４を介して、被処理物１１０に当てられるイオンビーム１０５を生成する。   Referring to FIG. 1, a simplified schematic block diagram illustrating an ion implanter 100 is shown. The ion implantation apparatus 100 includes an ion source 102 according to an embodiment of the present disclosure, a beam line element 104, and an end station 106 that supports one or more objects to be processed, for example, the object 110 to be processed. The ion source 102 generates an ion beam 105 applied to the workpiece 110 via the beam line element 104.

ビームライン素子１０４は、当業者には公知である素子であって、被処理物１１０にイオンビーム１０５を方向付けるとともに制御する素子を有するとしてよい。ビームライン素子１０４の例をいくつか挙げると、これらに限定されるものではないが、質量分析マグネット、分析スリット、イオンビーム加速コラムおよび／またはイオンビーム減速コラム、エネルギーフィルタ、および、コリメータ磁石またはパラレルレンズがある。当業者であれば、イオン注入装置１００で利用されるビームライン素子１０４として、別の素子および／または追加の素子があることを認めるであろう。   The beam line element 104 is an element known to those skilled in the art, and may include an element that directs and controls the ion beam 105 to the workpiece 110. Some examples of beamline elements 104 include, but are not limited to, mass analysis magnets, analysis slits, ion beam acceleration and / or ion beam deceleration columns, energy filters, and collimator magnets or parallel. There is a lens. One skilled in the art will recognize that there are other elements and / or additional elements as the beamline element 104 utilized in the ion implanter 100.

エンドステーション１０６は、１以上の被処理物、例えば、被処理物１１０を、イオンビーム１０５の進行経路内に支持して、所望の種のイオンが被処理物１１０に衝突するようにする。被処理物１１０は、例えば、半導体ウェハ、太陽電池、磁気媒体、または、材料を変質させるべくイオン処理が行われるその他の物体であってよい。エンドステーション１０６は、被処理物１１０を支持するプラテン１１２を有するとしてよい。プラテン１１２は、静電力を用いて、被処理物１１０を固定するとしてよい。エンドステーション１０６はさらに、被処理物１１０を所望の方向に移動させるスキャナ（不図示）を有するとしてよい。   The end station 106 supports one or more objects to be processed, for example, the object 110 to be processed, in the traveling path of the ion beam 105 so that ions of a desired species collide with the object 110 to be processed. The object to be processed 110 may be, for example, a semiconductor wafer, a solar cell, a magnetic medium, or other object on which ion treatment is performed to change the material. The end station 106 may include a platen 112 that supports the workpiece 110. The platen 112 may fix the workpiece 110 using an electrostatic force. The end station 106 may further include a scanner (not shown) that moves the workpiece 110 in a desired direction.

エンドステーション１０６はさらに、当業者に公知の素子を有するとしてよい。例えば、エンドステーション１０６は通常、被処理物をイオン注入装置１００内に搬入して、イオン処理後に被処理物を搬出する自動被処理物取扱装置を有する。イオンビームの通過経路は全て、イオン処理中は真空状態になるものと当業者には理解されたい。イオン注入装置１００はさらに、イオン注入装置１００のさまざまなサブシステムおよび素子を制御するべくコントローラ（図１には不図示）を備えるとしてよい。   End station 106 may further comprise elements known to those skilled in the art. For example, the end station 106 usually has an automatic object handling apparatus that carries an object to be processed into the ion implantation apparatus 100 and unloads the object to be processed after the ion processing. It should be understood by those skilled in the art that all ion beam passage paths are in a vacuum state during ion processing. The ion implanter 100 may further include a controller (not shown in FIG. 1) to control the various subsystems and elements of the ion implanter 100.

図２を参照すると、本開示の実施形態に係るイオン源１０２を示す概略断面図が図示されている。明確な説明を行うべく、本開示を理解するうえで必要ないイオン源１０２の一部の素子については、図示を省略している。イオン源１０２は、アークチャンバ２０４を画定しているアークチャンバ筐体２０３を備える。アークチャンバ筐体２０３はさらに、正面プレート２５６と、正面プレート２５６の反対側に位置している後方壁２５７と、側壁２５３とを有する。正面プレート２５６にはさらに、良好に画定されたイオンビーム１０５を引き出す引出口２１５が画定されている。   Referring to FIG. 2, a schematic cross-sectional view illustrating an ion source 102 according to an embodiment of the present disclosure is illustrated. For clarity of explanation, some elements of the ion source 102 that are not necessary to understand the present disclosure are omitted. The ion source 102 includes an arc chamber housing 203 that defines an arc chamber 204. The arc chamber housing 203 further includes a front plate 256, a rear wall 257 located on the opposite side of the front plate 256, and a side wall 253. The front plate 256 further defines an outlet 215 through which a well-defined ion beam 105 is drawn.

イオン源１０２はさらに、スパッタリングターゲット２１２をアークチャンバ２０４に供給する供給システム２１０を有する。カバー２６２は、開位置において、後方壁２５７に形成されているスパッタリングターゲット２１２を供給するための開口を露出するとしてよい。供給システム２１０は、スパッタリングターゲット２１２に結合されているシャフト２１６を駆動するアクチュエータ２１４を含むとしてよい。アクチュエータ２１４は、シャフト２１６を駆動するべく、モータ、歯車列、連結部等を含むとしてよい。供給システム２１０はさらに、コントローラ２１８を含むとしてよい。コントローラ２１８は、所望の入出力機能を実行するようにプログラミングされ得る汎用コンピュータまたは汎用コンピュータネットワークであってもよいし、または、これらを含むとしてもよい。コントローラ２１８はさらに、他の電子回路または電子素子を含むとしてよい。例えば、特定用途向け集積回路、他のハードワイヤード電子デバイスまたはプログラム可能な電子デバイス、個別素子回路等を含むとしてよい。コントローラ２１８は、アクチュエータ２１４に信号を供給するとしてよく、アクチュエータ２１４から信号を受信するとしてよい。コントローラ２１８はさらに、イオン源およびイオン注入装置およびその制御素子をモニタリングするべく、センサ、および、カバー２６２、電源、ビーム電流センサ素子等の他の素子等との間で信号を送受信するとしてよい。   The ion source 102 further includes a supply system 210 that supplies a sputtering target 212 to the arc chamber 204. The cover 262 may expose an opening for supplying the sputtering target 212 formed in the rear wall 257 in the open position. The delivery system 210 may include an actuator 214 that drives a shaft 216 that is coupled to the sputtering target 212. The actuator 214 may include a motor, a gear train, a coupling portion, and the like to drive the shaft 216. Supply system 210 may further include a controller 218. The controller 218 may be or include a general purpose computer or general purpose computer network that can be programmed to perform the desired input / output functions. The controller 218 may further include other electronic circuits or electronic elements. For example, it may include application specific integrated circuits, other hardwired electronic devices or programmable electronic devices, discrete element circuits, and the like. Controller 218 may provide a signal to actuator 214 and may receive a signal from actuator 214. The controller 218 may further send and receive signals to and from the sensor and other elements such as the cover 262, power supply, beam current sensor element, etc. to monitor the ion source and ion implanter and its control elements.

スパッタリングターゲット２１２は、所望のドーパント種に応じて、さまざまな固体材料であってよい。ホウ素（Ｂ）が所望のドーパント種である場合、スパッタリングターゲット２１２は、ホウ素合金、ホウ化物、および、これらの混合物等、ホウ素含有固体材料であってよい。リン（Ｐ）が所望のドーパント種である場合、スパッタリングターゲット２１２は、リン含有固体材料であってよい。スパッタリングターゲット２１２は、固体材料の種類に応じて、融点が約摂氏４００度と摂氏３０００度との間にあるとしてよい。気化点も、固体材料の種類に応じて変動するとしてよい。   Sputtering target 212 may be a variety of solid materials depending on the desired dopant species. When boron (B) is the desired dopant species, the sputtering target 212 may be a boron-containing solid material such as boron alloys, borides, and mixtures thereof. When phosphorus (P) is the desired dopant species, sputtering target 212 may be a phosphorus-containing solid material. The sputtering target 212 may have a melting point between about 400 degrees Celsius and 3000 degrees Celsius, depending on the type of solid material. The vaporization point may also vary depending on the type of solid material.

イオン源１０２はさらに、アークチャンバ２０４内に配置されているカソード２２４およびリペラ２２２を備えるとしてよい。リペラ２２２は、電気的に絶縁されているとしてよい。カソード絶縁体（不図示）は、アークチャンバ筐体２０３からカソード２２４を電気的且つ熱的に絶縁するべく、カソード２２４と相対的に位置決めされるとしてよい。フィラメント２５０は、カソード２２４を加熱するべく、カソード２２４に近接して、アークチャンバ２０４の外部に配置されているとしてよい。支持ロッド２５２は、カソード２２４およびフィラメント２５０を支持するとしてよい。ガス源２６０は、イオン化のためにアークチャンバ２０４にガスを供給するとしてよい。   The ion source 102 may further include a cathode 224 and a repeller 222 disposed within the arc chamber 204. The repeller 222 may be electrically insulated. A cathode insulator (not shown) may be positioned relative to the cathode 224 to electrically and thermally isolate the cathode 224 from the arc chamber housing 203. Filament 250 may be disposed outside arc chamber 204 in proximity to cathode 224 to heat cathode 224. Support rod 252 may support cathode 224 and filament 250. The gas source 260 may supply gas to the arc chamber 204 for ionization.

引出電極アセンブリ（不図示）は、良好に画定されたイオンビーム１０５を引き出すべく引出口２１５に近接して配置されている。さらに、１以上の電源（不図示）を設けるとしてよい。例えば、フィラメント２５０を加熱するべくフィラメント２５０に電流を供給するフィラメント電源、および、アークチャンバ筐体２０３にバイアスを印加するアーク電源を設けるとしてよい。   An extraction electrode assembly (not shown) is positioned proximate the extraction outlet 215 to extract a well-defined ion beam 105. Further, one or more power supplies (not shown) may be provided. For example, a filament power source that supplies a current to the filament 250 to heat the filament 250 and an arc power source that applies a bias to the arc chamber housing 203 may be provided.

動作について説明すると、イオン源１０２を第１のスパッタリングモードで動作させるとしてよい。このモードでは、カバー２６２を開位置に移動させて、後方壁２５７に設けられている開口を露出させる。カバー２６２は、コントローラ２１８に応じて、開位置と閉位置との間を移動する駆動機構を備えるとしてよい。供給システム２１０はまず、スパッタリングターゲット２１２の一部２７４をアークチャンバ２０４内に配置する。この時、残りの部分２７６は、アークチャンバ２０４の外部に配置されている。ガス源２６０は、スパッタリングガスをアークチャンバ２０４に供給するとしてよい。スパッタリングガスは、Ａｒ、ＸｅまたはＫｒ等の不活性ガス、または、Ｃｌ、ＢＦ３等の反応性ガスであってよい。 In operation, the ion source 102 may be operated in the first sputtering mode. In this mode, the cover 262 is moved to the open position, and the opening provided in the rear wall 257 is exposed. The cover 262 may include a drive mechanism that moves between an open position and a closed position in accordance with the controller 218. The supply system 210 first places a portion 274 of the sputtering target 212 within the arc chamber 204. At this time, the remaining portion 276 is disposed outside the arc chamber 204. The gas source 260 may supply sputtering gas to the arc chamber 204. The sputtering gas may be an inert gas such as Ar, Xe or Kr, or a reactive gas such as Cl or BF 3 .

フィラメント２５０は、対応する電源によって、熱イオン放出温度まで加熱される。フィラメント２５０から放出された電子は、カソード２２４に衝突して、カソード２２４を熱イオン放出温度まで加熱する。カソードから放出された電子は、加速されて、ガス源２６０から供給される気体分子をイオン化して、プラズマ放電を発生させる。リペラ２２２は、負電荷を構築して、アークチャンバ２０４内で電子を反発によって戻し、さらにイオン化衝突を発生させる。図２の実施形態ではカソード２２４が電子を供給するが、当業者であれば、他の種類のイオン源、例えば、バーナス型イオン源等では異なる電子源を備えると認めるであろう。   Filament 250 is heated to a thermionic emission temperature by a corresponding power source. The electrons emitted from the filament 250 collide with the cathode 224 and heat the cathode 224 to the thermal ion emission temperature. The electrons emitted from the cathode are accelerated and ionize gas molecules supplied from the gas source 260 to generate plasma discharge. The repeller 222 builds a negative charge and returns the electrons back in the arc chamber 204, further causing ionization collisions. While the cathode 224 supplies electrons in the embodiment of FIG. 2, those skilled in the art will recognize that other types of ion sources, such as, for example, a Bernas type ion source, include different electron sources.

電子源が何であろうと、アークチャンバ２０４内で形成されたプラズマは、スパッタリングターゲット２１２から材料をスパッタリングエッチングして、当該材料がプラズマ内の電子によってイオン化される。この後、イオンを引出口２１５から引き出して、良好に画定されたイオンビーム１０５を得る。このため、スパッタリングターゲット２１２、特に、スパッタリングターゲットのうちアークチャンバ２０４内のプラズマに面している露出面は、材料がそこからスパッタリングエッチングされるので、利用するにつれて浸食されていく。   Whatever the electron source, the plasma formed in the arc chamber 204 sputter etches material from the sputtering target 212 so that the material is ionized by electrons in the plasma. Thereafter, ions are extracted from the outlet 215 to obtain a well-defined ion beam 105. For this reason, the sputtering target 212, particularly the exposed surface of the sputtering target that faces the plasma in the arc chamber 204, is eroded as it is used because the material is sputter-etched therefrom.

供給システム２１０は、スパッタリングターゲット２１２をアークチャンバ２０４内に供給することによって、スパッタリングターゲット２１２を補充するという利点がある。供給システム２１０は、スパッタリングターゲット２１２の供給制御を手動で機械的に行うとしてもよいし、コントローラ２１８を用いて自動で行うとしてもよい。自動制御の場合、スパッタリングターゲット２１２をアークチャンバ２０４内に入れるための供給レートは、スパッタリングターゲット２１２の浸食レートに応じて選択される。   The supply system 210 has the advantage of replenishing the sputtering target 212 by supplying the sputtering target 212 into the arc chamber 204. The supply system 210 may perform supply control of the sputtering target 212 manually and mechanically, or may automatically perform control using the controller 218. In the case of automatic control, the supply rate for placing the sputtering target 212 into the arc chamber 204 is selected according to the erosion rate of the sputtering target 212.

図３は、スパッタリングターゲット２１２をアークチャンバ２０４内に供給する供給レートと、スパッタリングタ−ゲット２１２のうち露出部分の浸食レートとの関係を示す図である。概して、浸食レートが高くなると、供給レートも高くなり、その逆も成立する。浸食レートは、複数のパラメータの影響を受けるとしてよい。そのようなパラメータの１つとして、スパッタリングターゲット２１２に固体材料として選択されたものの種類である。材料によっては、浸食が早いものがある。融点および気化点の違いも、浸食レートに影響を与える。別のパラメータとして、イオンビーム１０５のビーム電流である。概して、他の全てのパラメータが等しければ、ビーム電流が大きくなると、ビーム電流が小さいときよりも、浸食レートが早くなる。ファラデーカップ等、関連技術分野で公知のさまざまなセンサによって、イオンビーム１０５の実際のビーム電流を示すフィードバック信号がコントローラ２１８に供給され得る。浸食レートに影響を与えるさらに別のパラメータとして、ガス源２６０からアークチャンバ２０４に供給されるガスの種類が挙げられる。コントローラ２１８は、これらのパラメータおよび他のパラメータを分析して、スパッタリングターゲット２１２をアークチャンバ２０４に供給する場合に望ましい供給レートを選択するとしてよい。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the supply rate at which the sputtering target 212 is supplied into the arc chamber 204 and the erosion rate of the exposed portion of the sputtering target 212. In general, the higher the erosion rate, the higher the supply rate and vice versa. The erosion rate may be affected by multiple parameters. One such parameter is the type of material selected for the sputtering target 212 as a solid material. Some materials can erode quickly. Differences in melting point and vaporization point also affect the erosion rate. Another parameter is the beam current of the ion beam 105. In general, if all other parameters are equal, a higher beam current results in a faster erosion rate than when the beam current is small. A feedback signal indicative of the actual beam current of the ion beam 105 may be provided to the controller 218 by various sensors known in the related art, such as a Faraday cup. Yet another parameter that affects the erosion rate is the type of gas supplied from the gas source 260 to the arc chamber 204. The controller 218 may analyze these and other parameters to select a desired supply rate when supplying the sputtering target 212 to the arc chamber 204.

供給システム２１０はさらに、スパッタリングターゲット２１２をシャフト２１６に動かないように結合するとしてよい。一実施形態によると、シャフト２１６は、アクチュエータ２１４によって駆動される回転シャフトであるとしてよい。したがって、シャフト２１６およびスパッタリングターゲット２１２は、軸２１７を中心として回転するとしてよい。スパッタリングターゲット２１２は、アークチャンバ２０４内に配置されている間、さらに奥に進入することなく、回転するとしてよい。また、供給システム２１０はさらに、矢印２７８の方向に、アークチャンバ２０４内を直線状にスパッタリングターゲット２１２を進めると、スパッタリングターゲット２１２を回転させるとしてよい。軸２１７を中心としてスパッタリングターゲット２１２を回転させ、プラズマに露出しているスパッタリングターゲット２１２の表面を均一に摩耗しやすくする。   The supply system 210 may further couple the sputtering target 212 to the shaft 216 so as not to move. According to one embodiment, shaft 216 may be a rotating shaft driven by actuator 214. Accordingly, the shaft 216 and the sputtering target 212 may rotate about the axis 217. The sputtering target 212 may rotate without being further intruded while being disposed in the arc chamber 204. Further, the supply system 210 may further rotate the sputtering target 212 when the sputtering target 212 is advanced linearly in the arc chamber 204 in the direction of the arrow 278. The sputtering target 212 is rotated around the axis 217 so that the surface of the sputtering target 212 exposed to the plasma is easily worn uniformly.

図４を参照すると、アークチャンバ２０４の長手軸に沿った断面図であって、カソード２２４の方を向いた様子を示す図である。スパッタリングターゲット２１２は、図２と同様の視点からアークチャンバ２０４に近付いていくものとして図示している。アークチャンバ２０４内のプラズマ４０３は、カソード２２４とリペラ２２２との間において、円筒形状を持つ傾向がある。スパッタリングターゲット２１２は、プラズマ４０３の形状に近似したパターンで摩耗または浸食が進む傾向がある。このため、スパッタリングターゲット２１２が回転しておらず、プラズマ４０３がカソード２２４とリペラ２２２との間でこのような円筒形状を持つ場合、スパッタリングターゲット２１２は、摩耗パターン４１０を示すとしてよい。スパッタリングターゲット２１２が軸２１７を中心として回転すると、スパッタリングターゲット２１２はより均一に摩耗し、摩耗パターン４０８を示すという利点が得られる。比較的均一にスパッタリングターゲット２１２の露出部分を侵食することによって、イオン源の安定性が改善し、引き出されるイオンビームのビーム電流レベルが高くなるとしてよい。   Referring to FIG. 4, a cross-sectional view along the longitudinal axis of the arc chamber 204, showing the situation facing the cathode 224. The sputtering target 212 is illustrated as approaching the arc chamber 204 from the same viewpoint as in FIG. The plasma 403 in the arc chamber 204 tends to have a cylindrical shape between the cathode 224 and the repeller 222. The sputtering target 212 tends to wear or erode in a pattern that approximates the shape of the plasma 403. For this reason, when the sputtering target 212 is not rotating and the plasma 403 has such a cylindrical shape between the cathode 224 and the repeller 222, the sputtering target 212 may exhibit a wear pattern 410. As the sputtering target 212 rotates about the axis 217, the advantage is that the sputtering target 212 wears more evenly and exhibits a wear pattern 408. By eroding the exposed portion of the sputtering target 212 relatively uniformly, the stability of the ion source may be improved and the beam current level of the extracted ion beam may be increased.

イオン源１０２はさらに、図２の実施形態の場合、非スパッタリングモード、または、間接加熱カソードモードで動作させるとしてもよい。この間接加熱カソードモードでは、供給システム２１０は、アークチャンバ２０４からスパッタリングターゲット２１２を完全に引き出して、カバー２６２を閉位置に位置決めして、後方壁２５７に形成されている対応する開口を閉じる。イオン源１０２はこの後、ドーパントガスをガス源２６０から供給して、カソード２２４から放出された電子でドーパントガスをイオン化して、従来の間接加熱カソード（ＩＨＣ）ソースとして動作させるとしてよい。したがって、イオン源１０２は、スパッタリングモードおよび非スパッタリングモードの両方で動作可能なマルチモード型イオン源であるとしてよい。   The ion source 102 may also be operated in a non-sputtering mode or an indirectly heated cathode mode in the embodiment of FIG. In this indirectly heated cathode mode, supply system 210 fully pulls sputtering target 212 from arc chamber 204, positions cover 262 in the closed position, and closes the corresponding opening formed in rear wall 257. The ion source 102 may then operate as a conventional indirectly heated cathode (IHC) source by supplying dopant gas from the gas source 260 and ionizing the dopant gas with electrons emitted from the cathode 224. Accordingly, the ion source 102 may be a multi-mode ion source that can operate in both sputtering and non-sputtering modes.

図５は、開位置２６２´と閉位置２６２´´との間で移動可能なカバー２６２を持つイオン源１０２の後方壁２５７の一実施形態を示す図である。開位置２６２´では、カバー２６２は、回転軸５０４を中心として回転して、イオン源１０２の後方壁２５７に形成されている開口５０２を露出させる。供給システム２１０はこの後、開口５０２を通ってスパッタリングターゲット２１２をアークチャンバ２０４に入れるとしてよい。開口は、スパッタリングターゲット２１２の断面形状に応じて、さまざまな形状を持つとしてよい。図５の実施形態によると、開口５０２は、円筒形状のスパッタリングターゲット２１２を通すべく、円形の形状を持つ。このような形状の場合、スパッタリングターゲット２１２を回転させ易い。   FIG. 5 is a diagram illustrating one embodiment of the rear wall 257 of the ion source 102 having a cover 262 that is movable between an open position 262 ′ and a closed position 262 ″. In the open position 262 ′, the cover 262 rotates about the rotation shaft 504 to expose the opening 502 formed in the rear wall 257 of the ion source 102. The supply system 210 may then place the sputtering target 212 into the arc chamber 204 through the opening 502. The opening may have various shapes depending on the cross-sectional shape of the sputtering target 212. According to the embodiment of FIG. 5, the opening 502 has a circular shape to pass the cylindrical sputtering target 212. In the case of such a shape, it is easy to rotate the sputtering target 212.

図６を参照すると、イオン源６０２の別の実施形態を示す断面平面図が図示されている。図７は、図６のライン７−７に沿った、アークチャンバ筐体２０３の後方壁２５７を示す端面図である。同様の構成要素は同様の参照番号を割り当てているので、説明をわかりやすくするべく、重複する説明は省略している。図２の実施形態と比べると、図６および図７の実施形態は、２つのスパッタリングターゲット、つまり、第１のスパッタリングターゲット６１２および第２のスパッタリングターゲット６１３を備える。図６の図示した位置では、第１のスパッタリングターゲット６１２は、アークチャンバ２０４から取り出され、図７により明瞭に図示しているが、第１のカバー６６２が閉位置にあって第１の開口７０２を被覆している。第２のスパッタリングターゲット６１３は、スパッタリングのために、アークチャンバ２０４内に一部分が配置されている。   Referring to FIG. 6, a cross-sectional plan view illustrating another embodiment of ion source 602 is illustrated. FIG. 7 is an end view of the rear wall 257 of the arc chamber housing 203 taken along line 7-7 of FIG. Similar components are assigned similar reference numbers, and duplicate descriptions are omitted for clarity. Compared to the embodiment of FIG. 2, the embodiment of FIGS. 6 and 7 includes two sputtering targets, a first sputtering target 612 and a second sputtering target 613. In the illustrated position of FIG. 6, the first sputtering target 612 is removed from the arc chamber 204 and is more clearly shown in FIG. 7, but the first cover 662 is in the closed position and the first opening 702 is shown. Is covered. The second sputtering target 613 is partially disposed in the arc chamber 204 for sputtering.

供給システム６１０は、第１のスパッタリングターゲット６１２に結合されている第１の回転シャフト６１６と、第２のスパッタリングターゲット６１３に結合されている第２の回転シャフト６１７とを備える。第１の回転シャフト６１６および第２の回転シャフト６１７は、駆動機構６３０に係合するネジ山６２３、６２４を持つとしてよい。駆動機構６３０は、シャフトを駆動することによって、第１のスパッタリングターゲット６１２および第２のスパッタリングターゲット６１３をそれぞれ、第１の軸６４８および第２の軸６５０を中心として回転させつつ、直線状にアークチャンバ２０４との間で搬入および搬出する回転駆動体であってよい。   The supply system 610 includes a first rotating shaft 616 coupled to the first sputtering target 612 and a second rotating shaft 617 coupled to the second sputtering target 613. The first rotation shaft 616 and the second rotation shaft 617 may have threads 623 and 624 that engage the drive mechanism 630. The drive mechanism 630 drives the shaft to rotate the first sputtering target 612 and the second sputtering target 613 around the first axis 648 and the second axis 650, respectively, while arcing linearly. It may be a rotary drive body that carries in and out of the chamber 204.

電源６４０は、回転シャフト６１６および導電性シャフト材料に結合されている回転コンタクト６４２を介して、第１のスパッタリングターゲット６１２に電気的に結合されているとしてよい。回転コンタクト６４２は、さまざまな導電性材料で製造され得る。電源６４０は、バイアス信号を第１のスパッタリングターゲット６１２に供給して、第１のスパッタリングターゲット６１２に誘引される粒子の量および強度を大きくすることによって材料のスパッタリングレートを高くし、これによってイオンビーム１０５のビーム電流を大きくすることができる。図６では図示を省略しているが、同様のバイアス方式を第２のスパッタリングターゲット６１３に適用するとしてよい。   The power source 640 may be electrically coupled to the first sputtering target 612 via a rotating contact 642 that is coupled to the rotating shaft 616 and the conductive shaft material. The rotating contact 642 can be made of a variety of conductive materials. The power source 640 provides a bias signal to the first sputtering target 612 to increase the sputtering rate of the material by increasing the amount and intensity of particles attracted to the first sputtering target 612, thereby increasing the ion beam. The beam current 105 can be increased. Although not shown in FIG. 6, a similar bias method may be applied to the second sputtering target 613.

動作について説明すると、イオン源６０２は、複数のモードのうちいずれか１つのモードで動作させるとしてよい。第１のスパッタリングモードでは、第１のカバー６６２が開位置のあるとしてよく、供給システム６１０は、後方壁２５７に形成されている第１の開口７０２を通して第１のスパッタリングターゲット６１２を供給する。第２のカバー（不図示）は、第２のスパッタリングターゲット６１３が完全にアークチャンバ２０４の外部に位置しているので、閉位置にあって第２の開口７０３を被覆しているとしてよい。第２のスパッタリングモードでは、スパッタリングターゲットを逆にするとしてよい。つまり、図６に示すように、第２のスパッタリングターゲット６１３がアークチャンバ２０４に供給されており、第１のスパッタリングターゲット６１２が完全に取り出されて、第１のカバー６６２が閉位置にある。さらに別の動作モードでは、第１のスパッタリングターゲット６１２および第２のスパッタリングターゲット６１３の両方を同じ固体材料で製造して、両方を同時にアークチャンバ２０４内に供給するとしてよい。さらに別の動作モードでは、第１のスパッタリングターゲット６１２および第２のスパッタリングターゲット６１３の両方を完全にアークチャンバから取り出して、それぞれのカバーを閉じて、イオン源は間接加熱カソードモードで動作させるとしてよい。   Regarding the operation, the ion source 602 may be operated in any one of a plurality of modes. In the first sputtering mode, the first cover 662 may be in the open position, and the supply system 610 supplies the first sputtering target 612 through the first opening 702 formed in the rear wall 257. The second cover (not shown) may be in the closed position and covers the second opening 703 because the second sputtering target 613 is located completely outside the arc chamber 204. In the second sputtering mode, the sputtering target may be reversed. That is, as shown in FIG. 6, the second sputtering target 613 is supplied to the arc chamber 204, the first sputtering target 612 is completely removed, and the first cover 662 is in the closed position. In yet another mode of operation, both the first sputtering target 612 and the second sputtering target 613 may be made of the same solid material and both are fed into the arc chamber 204 simultaneously. In yet another mode of operation, both the first sputtering target 612 and the second sputtering target 613 may be completely removed from the arc chamber, the respective covers may be closed, and the ion source may be operated in an indirectly heated cathode mode. .

したがって、スパッタリングターゲットをアークチャンバに供給する供給システムが提供される。一実施形態によると、アークチャンバは、ビームライン型イオン注入装置用のイオン源のアークチャンバであってよい。当該供給システムによって、浸食されたスパッタリングターゲットを常に更新するので、供給システムを持たないアークチャンバ内にスパッタリングターゲット全体を配置することに比べると、動作寿命が長くなる。供給システムを利用することによって、スパッタリング用の更新された領域およびプロフィールもアークチャンバにおいてプラズマに示されるので、更新された領域のプロフィール制御が実行されるとしてよい。また、ビームラインイオン注入装置のイオン源の場合、スパッタリングターゲットをスパッタリングするので、ガスをアークチャンバに供給することに比べて、ダイマー状態および多価イオン種のレベルを高くし得る。例えば、ホウ素を含むスパッタリングターゲットをスパッタリングすることによって得られる所望のＢ種は概して、二価（Ｂ＋＋）状態および三価（Ｂ＋＋＋）状態の数が、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）等のドーパントガスをアークチャンバに供給する従来のイオン源よりも多くなる。供給システムはさらに、１以上のスパッタリングターゲットをアークチャンバに搬入および搬出するので、さまざまな動作モードを可能とする柔軟性が得られる。また、ビームライン型イオン注入装置のイオン源の場合、種、ビーム電流等がさまざまな多くの異なる種類のイオンビームが同じイオン源によって供給されるとしてよい。 Accordingly, a supply system for supplying a sputtering target to the arc chamber is provided. According to one embodiment, the arc chamber may be an ion source arc chamber for a beamline ion implanter. Since the eroded sputtering target is constantly updated by the supply system, the operating life is longer compared to placing the entire sputtering target in an arc chamber without a supply system. By utilizing the delivery system, updated region profile for sputtering may also be shown in the plasma in the arc chamber so that updated region profile control may be performed. In the case of the ion source of the beam line ion implantation apparatus, since the sputtering target is sputtered, the dimer state and the level of the polyvalent ion species can be increased as compared with supplying gas to the arc chamber. For example, the desired B species obtained by sputtering a sputtering target containing boron are generally the number of divalent (B ++) state and trivalent (B +++) state, such as boron trifluoride (BF 3) More than the conventional ion source that supplies the dopant gas to the arc chamber. The delivery system further provides flexibility to allow various modes of operation because one or more sputtering targets are carried into and out of the arc chamber. In the case of an ion source of a beamline ion implantation apparatus, many different types of ion beams having various seeds, beam currents, and the like may be supplied from the same ion source.

本開示は、本明細書で説明した具体的な実施形態によってその範囲を限定されるものではない。本明細書で説明したものに加えて、本開示のその他のさまざまな実施形態および変形例は、当業者には、上記の説明および添付図面を参照することで明らかである。このため、そのような他の実施形態および変形例は、本開示の範囲内に含まれるものとする。さらに、本開示は特定の目的を実現するべく特定の環境での特定の実施例を挙げて本明細書で説明したが、当業者であれば、本開示の有用性はこれらに限定されるものではなく、本開示は任意の目的を実現するべく任意の環境で実施されるという利点を持つものと認めるであろう。したがって、以下に記載する請求項は、広義に、そして、本明細書で説明した本開示の意図を反映して解釈されるべきである。   The present disclosure is not to be limited in scope by the specific embodiments described herein. Various other embodiments and variations of the present disclosure in addition to those described herein will be apparent to those of ordinary skill in the art by reference to the foregoing description and the accompanying drawings. Therefore, such other embodiments and modifications are intended to be included within the scope of the present disclosure. Further, although the present disclosure has been described herein with reference to specific embodiments in specific environments to achieve a specific purpose, those skilled in the art will appreciate the usefulness of the present disclosure. Rather, it will be appreciated that the present disclosure has the advantage of being implemented in any environment to achieve any purpose. Accordingly, the claims set forth below should be construed broadly and in light of the intent of the present disclosure as set forth herein.

Claims (17)

アークチャンバを画定しているアークチャンバ筐体と、
前記アークチャンバ内にスパッタリングターゲットを供給する供給システムと
を備える装置。 An arc chamber housing defining an arc chamber;
A supply system for supplying a sputtering target into the arc chamber. 前記供給システムは、前記スパッタリングターゲットの浸食レートに応じて選択された供給レートで前記アークチャンバ内に前記スパッタリングターゲットを供給する請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the supply system supplies the sputtering target into the arc chamber at a supply rate selected according to an erosion rate of the sputtering target. 前記供給システムは、前記スパッタリングターゲットの一部分を前記アークチャンバ内に供給しつつ、前記スパッタリングターゲットの残りの部分は前記アークチャンバの外部に位置させる請求項１または２に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the supply system supplies a part of the sputtering target into the arc chamber, and a remaining part of the sputtering target is located outside the arc chamber. 前記供給システムは、前記スパッタリングターゲットに結合されているシャフトを有し、
前記シャフトは、前記スパッタリングターゲットの一部分を前記アークチャンバ内に、前記一部分の浸食レートに応じて選択された供給レートで、搬入する請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。 The supply system has a shaft coupled to the sputtering target;
The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the shaft carries a part of the sputtering target into the arc chamber at a supply rate selected according to an erosion rate of the part. 前記シャフトは、前記スパッタリングターゲットに固定して結合されている回転シャフトを含み、
前記供給システムはさらに、前記スパッタリングターゲットが前記アークチャンバ内に搬入されると、前記スパッタリングターゲットを回転させる請求項４に記載の装置。 The shaft includes a rotating shaft fixedly coupled to the sputtering target;
The apparatus of claim 4, wherein the supply system further rotates the sputtering target when the sputtering target is loaded into the arc chamber. 前記供給システムはさらに、前記回転シャフトに結合されている回転コンタクトを有し、
前記回転コンタクトは、前記スパッタリングターゲットにバイアスを印加するためのバイアス信号用の電気コンタクトとなる請求項５に記載の装置。 The supply system further comprises a rotating contact coupled to the rotating shaft;
The apparatus according to claim 5, wherein the rotating contact is an electrical contact for a bias signal for applying a bias to the sputtering target. 前記アークチャンバ筐体は、第１の開口および第１のカバーを有し、
前記第１のカバーは、前記装置が第１のスパッタリングモードで動作している場合には開位置にあり、
前記供給システムは、前記第１の開口を通して前記アークチャンバ内に前記スパッタリングターゲットを供給する請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。 The arc chamber housing has a first opening and a first cover;
The first cover is in an open position when the apparatus is operating in a first sputtering mode;
The apparatus according to claim 1, wherein the supply system supplies the sputtering target into the arc chamber through the first opening. 前記アークチャンバ筐体はさらに、第２の開口および第２のカバーを有しており、
前記装置が第２のスパッタリングモードで動作している場合、前記第２のカバーは開位置にあり、前記第１のカバーは閉位置にあり、
前記供給システムは、第２のスパッタリングターゲットを前記第２の開口を通して前記アークチャンバ内へと供給する請求項７に記載の装置。 The arc chamber housing further includes a second opening and a second cover;
When the apparatus is operating in the second sputtering mode, the second cover is in the open position, and the first cover is in the closed position;
The apparatus of claim 7, wherein the supply system supplies a second sputtering target through the second opening into the arc chamber. 前記スパッタリングターゲットは、円筒形状を持ち、前記第１の開口は、前記円筒形状を通すように円形状を持つ請求項７または８に記載の装置。   The apparatus according to claim 7 or 8, wherein the sputtering target has a cylindrical shape, and the first opening has a circular shape so as to pass the cylindrical shape. 前記アークチャンバの一端に配置されているカソードと、
前記アークチャンバの反対端に配置されているリペラと
をさらに備え、
前記供給システムは、前記アークチャンバから前記スパッタリングターゲットを取り出し、
前記装置が間接加熱カソードモードで動作している場合、前記第１のカバーは閉位置にある請求項７から９のいずれか一項に記載の装置。 A cathode disposed at one end of the arc chamber;
A repeller disposed at the opposite end of the arc chamber;
The supply system takes out the sputtering target from the arc chamber,
The apparatus according to any one of claims 7 to 9, wherein the first cover is in a closed position when the apparatus is operating in the indirectly heated cathode mode. アークチャンバ筐体により画定されているアークチャンバ内にスパッタリングターゲットを供給する段階と、
前記スパッタリングターゲットから粒子をエッチングする段階と
を備える方法。 Supplying a sputtering target into the arc chamber defined by the arc chamber housing;
Etching the particles from the sputtering target. 前記スパッタリングターゲットから得られた前記粒子をイオン化する段階をさらに備える請求項１１に記載の方法。   The method of claim 11, further comprising ionizing the particles obtained from the sputtering target. 前記スパッタリングターゲットから得られた前記粒子をイオン化する段階において、前記スパッタリングターゲットの一部分を前記アークチャンバ内に配置して、前記スパッタリングターゲットの残りの部分を前記アークチャンバの外部に配置する段階をさらに備える請求項１２に記載の方法。   Ionizing the particles obtained from the sputtering target further comprises disposing a portion of the sputtering target in the arc chamber and disposing the remaining portion of the sputtering target outside the arc chamber. The method of claim 12. 前記アークチャンバ筐体で画定されている引出口からイオンビームを引き出す段階をさらに備える請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。   14. A method according to any one of claims 11 to 13, further comprising extracting an ion beam from an outlet defined by the arc chamber housing. 前記スパッタリングターゲットの浸食レートに応じて選択された供給レートで、前記アークチャンバ内に前記スパッタリングターゲットを供給する段階をさらに備える請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 11 to 14, further comprising supplying the sputtering target into the arc chamber at a supply rate selected according to an erosion rate of the sputtering target. 前記アークチャンバ内に前記スパッタリングターゲットを供給する段階において、前記スパッタリングターゲットを回転させる段階をさらに備える請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 11, further comprising rotating the sputtering target in the step of supplying the sputtering target into the arc chamber. 前記スパッタリングターゲットにバイアスを印加する段階をさらに備える請求項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 11, further comprising applying a bias to the sputtering target.
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